鄒 照，劉勝強，任雪菲，尹 濤，葉明強

（1.凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆L沙 410100；2.南方稻田重金屬污染防治湖南省工程研究中心，長沙 41010）

農田重金屬污染防治技術探討

鄒 照1,2，劉勝強1,2，任雪菲1,2，尹 濤1,2，葉明強1,2

（1.凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆L沙 410100；2.南方稻田重金屬污染防治湖南省工程研究中心，長沙 41010）

農田重金屬污染防治關乎人民群眾的切身利益，構建農田重金屬污染綜合防治技術和實用模式具有重要的現實意義。介紹了國內外農田重金屬污染治理現狀及國內重金屬污染治理存在的不足，并對農田重金屬污染防治技術進行了探討和展望。

農田；重金屬污染；植物修復；聯合修復

1 前言

隨著我國城市化、工業(yè)化進程的加快，重金屬污染對農業(yè)構成了嚴重威脅。根據2014年《全國土壤重金屬污染狀況調查公報》，我國約有3億畝耕地受到了重金屬污染，其中5000萬畝的耕地污染程度達到了中度和重度污染程度，而且大多分布在南方經濟發(fā)達地區(qū)及魚米之鄉(xiāng)。

農田重金屬污染帶來的直接后果是農田質量下降，導致農產品的質量下降，出口受限，同時給人體健康帶來危害。據環(huán)保部門估算，耕地重金屬污染導致每年糧食減產1000多萬噸，受污染糧食多達1200多萬噸，經濟損失至少有200億元。我國土壤污染日益加劇的趨勢可能還要持續(xù)30年，而且還在轉移擴散，修復資金需求超過數萬億元[1、2]。

目前，農田重金屬污染出現了由礦區(qū)向農區(qū)轉移、由城郊向鄉(xiāng)村伸延、由上游向下游轉移的趨勢，同時出現了重金屬污染從水土鏈向食物鏈延伸的現象。這意味著農田重金屬污染正由逐步積累的過程開始進入突發(fā)性、連鎖性、區(qū)域性爆發(fā)的階段，應引起高度重視，農田重金屬污染防治迫在眉睫[3]。

2 國內外土壤修復技術發(fā)展狀況

農田土壤修復技術在發(fā)達國家已有幾十年歷史，這也是所有經歷過工業(yè)化過程的國家都必須面對的問題。鑒于土壤重金屬累積效應會大大增加修復難度，因此對土壤污染關注得越早越有利[4]。

英國作為工業(yè)革命的發(fā)源地，從20世紀中期就開始制定土壤污染控制和管理的法規(guī)，并開展了土壤的改良和修復研究。作為最早提出利用超富集植物清除土壤重金屬污染的國家之一，目前英國已開發(fā)出多種耐重金屬污染的草本植物用于土壤修復，并通過材料庫的形式逐步開始了商業(yè)化進程。

在日本，土壤修復已是現代農業(yè)的重要組成部分，1970年頒布的《農用地土壤污染防治法》就將銅、鎘等金屬指定為特定有害物質。僅神通川流域污染農地修復工程，40年來的花費就達到420億日元，這一工程目前仍在繼續(xù)。

美國1930年頒布《土壤保護法》，1990年頒布《棕色地塊法》，并對工廠搬遷后遺留的受污染土地的治理進行了規(guī)范。

與發(fā)達國家相比，我國對土壤污染和修復的關注起步較晚，目前已到了必須加速的階段。國內在1983年對主要類型的土壤環(huán)境容量作過初步研究，提出研究土壤重金屬的生態(tài)效應、臨界含量地帶性分布規(guī)律和分區(qū)等。目前，重金屬污染土壤修復技術的基本原理主要有固化作用和活化作用，圍繞這兩個方面，已相應地提出了物理、化學和生物修復技術。主要用于農田重金屬污染治理的技術包括植物修復技術、微生物修復技術、生態(tài)修復技術等。

3 我國土壤重金屬污染防治產業(yè)的困境

由于我國重金屬污染土壤修復歷史不長，也存在一些問題：污染程度和范圍調查精度不夠；污染暴露途徑判斷不準確；修復技術和方案脫離污染實際；缺乏修復驗收和修復完成后的環(huán)境監(jiān)管；具體修復技術應用經驗不足，評估體系不完善等。我國治理土壤污染的成本高、周期長、難度大。在具體修復技術應用層面上，由于經驗不足和評估技術不完善等問題，可能會出現修復過度、修復風險大、修復費效比低等問題。從全國的總體情況來看，現階段我國的技術儲備和技術人才都不夠充足，修復技術不成熟而導致受污染的土地難以修復。有些土壤修復項目加大投入但沒有取得相應的效果，問題在于當前的修復技術不能夠滿足土壤修復工程和產業(yè)發(fā)展的要求。

由于土壤重金屬污染的復雜性，有時靠單一方法難以修復土壤污染，需要采用多種技術進行實際操作，特別是需要大量的資金和較長的時間。采用一些物理、化學或生物的修復方法降低被污染土壤的風險或危害從而恢復其功能，降低其環(huán)境風險，總之具體采用何種技術進行土壤修復，還需要各地因地制宜，根據實際情況制定適宜的解決方案。

我國已對重金屬污染土壤修復技術進行了大量研究，并且已經開始實施相關的土壤重金屬污染修復工程，主要技術包括阻隔填埋、固化／穩(wěn)定化、植物修復、土壤淋洗、熱解吸、原位鈍化修復、農業(yè)生態(tài)修復。其中前三種技術在國內已有成功的工程案例，土壤淋洗和汞污染土壤熱解吸已進行工程示范。在選擇重金屬污染土壤修復技術時，應根據受重金屬污染土壤的理化性質、污染程度、修復目標、治理經費、治理期限以及技術方法的適用范圍等因素進行綜合考慮，以選擇最佳的技術方法或綜合修復方式。

現有的污染修復技術大多還處于實驗階段，有些只適用于實驗室的小規(guī)模實驗以及田間試驗，或有的修復技術未結合農田土壤污染實際，成本高，操作復雜，未與水稻育種、種植結合，造成修復后的農田種植水稻出現問題，與工程的實際推廣尚有一定的差距。

4 農田重金屬污染防治技術探討和展望

為防治我國農田重金屬污染，解決稻米Cd超標等問題，開展農田重金屬污染防治技術開發(fā)與應用勢在必行。

4.1 農田灌溉水源頭防控技術

針對農田灌溉水污染情況，通過對農田灌溉水源頭的監(jiān)測，對其源頭的灌溉水、尾礦庫區(qū)水源等進行相應的治理，從而達到從源頭上控制農田重金屬污染。

為防止污染水灌溉造成農田土壤污染，采用“高效重金屬凈化劑”凈化重金屬污染灌溉水，利用高效重金屬凈化劑與重金屬離子進行配合反應，通過調節(jié)pH值，使重金屬離子通過高效沉淀得以深度凈化，水處理效果顯著[6]。該技術具有抗重金屬沖擊負荷強，可同時高效、穩(wěn)定、深度脫除多種重金屬離子；不受污水酸度和溫度的影響，處理高效；鈣、氟離子脫除高效，凈化水中鈣離子濃度可控；出水濃度遠低于行業(yè)排放限值；處理成本低等優(yōu)點。該技術的應用，能有效治理灌溉水中重金屬污染，從源頭防控農田重金屬污染。

4.2 土壤洗脫技術

土壤淋洗是土壤修復技術之一，有廣闊的應用前景。土壤洗脫技術工藝流程簡單，可適用于農田土壤Cd、Pb等重金屬污染治理。

該技術采取減量濃縮工藝，利用洗脫劑將土壤中的重金屬洗出來，然后將洗出液回收，通過淋洗裝置回收洗出液中的重金屬使洗脫劑可以再生利用。該技術的關鍵在于洗脫劑的選取和洗脫劑再生的淋洗裝置[7]。該裝備處理后可使土壤中的重金屬污染物去除率不低于60%，而且洗脫劑可再生利用，可大大降低應用成本。

4.3 原位鈍化修復技術

原位鈍化修復技術是一種經濟高效的面源污染治理技術，符合我國可持續(xù)農業(yè)發(fā)展的需要。尤其對于中輕度重金屬污染的農田，可實現“邊生產邊修復”，在保證農產品安全的前提下實現正常的農業(yè)生產，大大降低了修復成本，具有較好的應用前景。

該技術根據農田土壤中重金屬的種類、含量、形態(tài)等因素，配置重金屬穩(wěn)定化藥劑，通過添加穩(wěn)定化藥劑，與土壤中重金屬發(fā)生氧化還原反應、共沉淀反應、分子鍵合反應和礦化作用，將土壤中的離子態(tài)、碳酸鹽和鐵錳氧化態(tài)的重金屬轉化為殘渣態(tài)的重金屬，包括重金屬的單質形態(tài)、多金屬羥基共沉淀物形態(tài)、硅酸鹽和硅鋁酸鹽形態(tài)等。通過鈍化技術顯著降低土壤中重金屬的生物有效性，阻止重金屬向農作物地上部遷移，降低農作物中重金屬的含量，保障糧食作物的安全生產[8、9]。

4.4 “離子反應+生物降解”復合治理技術

“離子反應”主要是利用藥劑與重金屬充分地快速反應，形成無害化物質；“生物降解”是利用特定的土壤微生物菌種在土壤中快速繁殖，通過微生物的酶等讓重金屬污染離子與藥劑進一步充分反應，還可以改善土壤條件、增強土壤肥力等[10]。將兩種技術優(yōu)化，復合用于農田土壤重金屬污染治理，具有明顯的技術優(yōu)勢。該技術施工簡單、反應均勻、效果顯著且環(huán)境友好，是農田土壤重金屬污染治理的一項實用技術。

4.5 植物修復技術

植物修復技術是一種用于清除環(huán)境中有毒有害污染物的綠色修復技術，擁有原位性、成本低、環(huán)境友好、不破壞土壤結構等特點，還可以改善土壤生態(tài)環(huán)境，適合于重金屬中輕度污染土壤的修復，也可實現“邊生產邊修復”[11]。目前我國重金屬污染土壤植物修復仍處于研究和小規(guī)模的示范階段，但集眾多優(yōu)點的植物修復技術在農田土壤修復方面將有廣闊的應用前景。

4.6 低累積水稻品種篩選聯合原位鈍化修復

利用水稻吸收和累積重金屬的種類或品種間的差異，采用對重金屬具有低累積的品種，在重金屬輕中度污染的土壤上進行農業(yè)生產，以得到重金屬含量達標的農產品，是輕中度重金屬污染土壤上持續(xù)生產安全農產品的一條經濟、有效的途徑，是國際上新的研究方向[12]。

通過培養(yǎng)選育重金屬低累積型作物品種，結合作物對重金屬的吸收規(guī)律和機理，原位添加鈍化劑降低土壤重金屬的活性，利用重金屬低量累積型的農作物在重金屬輕中度污染的土壤上進行農業(yè)安全生產。

4.7 穩(wěn)定化修復與農藝調控復合修復技術

利用固化穩(wěn)定化藥劑與土壤通過物理或化學的方法，將土壤中的有毒重金屬固定起來，或者將重金屬轉化成化學性質不活潑的形態(tài)，阻止其在環(huán)境中遷移擴散。

高效的固化穩(wěn)定化劑可降低土壤中重金屬的活性，固化劑可通過物理化學方法包裹固定土壤中的重金屬。固化穩(wěn)定化技術在重金屬污染廢渣治理和重金屬污染場地修復上的應用效果非常顯著。在農田土壤重金屬污染修復上，采用穩(wěn)定化劑降低土壤中重金屬的活性，將重金屬的活化態(tài)轉變?yōu)榉腔罨瘧B(tài)，降低其在土壤中的遷移能力，再結合農藝生態(tài)調控技術，通過合理的水分管理、肥料管理及耕作制度調整等措施來降低作物對重金屬的吸收和累積，可實現作物中重金屬含量達標生產，有效降低重金屬進入食物鏈的風險[13]。

5 結論

土壤污染尤其是農田重金屬污染嚴重威脅人類健康和農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。農田重金屬污染不僅增加了環(huán)境保護治理成本，也使社會穩(wěn)定成本大增，而農田重金屬污染修復所需的費用更是天價，再加上我國目前土壤重金屬污染底數不清、土壤修復相關法律和標準缺失，土壤重金屬污染治理尤其是農田的重金屬污染防治任重道遠[14]。

重金屬污染防治是一個全球性的難題，而農田重金屬污染防治更是難上加難。農田重金屬污染治理是關乎廣大人民群眾切身利益的大事，構建土壤重金屬尤其是農田重金屬污染控制技術方法和實用模式，對確保糧食安全、維護社會穩(wěn)定、指導和推進南方乃至全國稻米鎘污染防控等均有重要意義。

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1006-5377（2017）01-0066-03